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    摘要：应用醚化反应的机理用谷氨酸钠改性环氧树脂，从而制备改性环氧树脂。通过改变反应物的物料比、反应温度、反应时间制得系列改性产物，并对改 性产物进行了接触角和表面能的测试，确定改性反应的最适反应条件为：物料比为0.6:1，温度为80℃，反应时间为4hr。
    关键词：环氧树脂；谷氨酸钠；接触角；表面能
    中图分类号：TQ文献标识码：A文章编号：1674-6708（2011）56-0100-02
    环氧树脂对多种基材有优异的附着力，生成的涂膜机械强度高，抗化学性能和电绝缘性都很出色[1-3]。随着环境保护法的限制和溶剂价格的上升，使 得水性涂料的发展成为一个焦点[4-7]。环氧树脂水性化改性方法通常有3种：醚化反应型、酯化反应型、接枝反应型[8-9]。本文通过醚化反应的机理用 谷氨酸钠改性环氧树脂，研究不同反应物料比、不同反应温度、不同反应时间对改性产物的影响，从而找出最优的改性反应条件。
    1·实验部分
    1.1原料
    环氧树脂（E-44），工业级；谷氨酸钠，化学纯；乙二醇单乙醚，分析纯；R-2217，工，业级；流触变剂，工业级；铝粉，分析纯；锌粉，分析纯。
    1.2改性环氧树脂的合成
    分别称取一定量的E-44，乙二醇单乙醚，至于500mL三口烧瓶中，安装控温装置、回流冷凝装置、0搅拌装置和加热装置，开始加热搅拌，升温至80℃，加入谷氨酸钠，保温5h。
    1.3涂料的配制
    1）向适量的谷氨酸钠改性的环氧树脂中加入一定量的水和乙二醇单乙醚，充分搅拌后加入阳极颜料，最后加入流触变剂，为A组分；
    2）固化剂为B组分，加适量B组分于A组分中，充分搅拌，熟化10min后，涂装。
    2·结果与讨论
    2.1不同反应物料比对改性环氧树脂的影响谷氨酸钠和环氧树脂的摩尔比直接影响到改性水性环氧树脂的质量。如谷氨酸钠的加入量太少，则改性产物的 水溶性太小；如谷氨酸钠的加入量太多，首先是谷氨酸钠较难溶解于环氧树脂中，最终影响改性产物的纯度；其次生成的改性产物的水溶性太强而漆膜的耐水性能则 太差。本组实验通过不同物料的摩尔比筛选比较适当的物料配方。
             
    由图1可知，随着谷氨酸钠/环氧树脂摩尔比的增加，环氧产物对极性物质水的接触角在不断变小，而对非极性物质二碘甲烷的接触角在不断变小，说明随 着谷氨酸钠用量的增加，改性产物的程度和数量都在不断加大，改性产物的极性也在不断加大。同时从表面能数据上也能得出相同的结论，随着谷氨酸钠用量的增 加，色散部分γsd不断下降,而极性γsp在不断增加,说明产物非极性在不断下降而极性在不断上升。为了使改性产物有适当亲水亲油的两亲结构，即既能使改 性产物能较好地分散在溶剂水中，又能使固化后的漆膜具有较强的耐水性性能，故选择极性和非极性较为接近时的物料比，此物料比为0.6:1。从图1中可知， 改性产物对极性物质水和非极性物质二碘甲烷接触角分别为44°23ˊ＇和44°36ˊ时俩接触角极为接近，此时改性产物介于极性和非极性之间。而此组 γsd和γsp此时也相当接近，也说明了此改性产物亲水亲油性能较为相当。综合以上数据将最适物料比确定为0.6:1较为适当。
             
    2.2反应温度对改性环氧树脂的影响
    反应温度是影响改性树脂生成的因素之一，因为反应温度对反应速度有重要影响，温度每提高10℃，反应速度增加一倍。在环氧树脂中，环氧基有较大的 反应活性，谷氨酸钠中有羧基和氨基两种官能团。而在本反应中，应控制反应温度使主反应为氨基和环氧基的反应，同时要抑制羧基和环氧基的副反应。本实验选择 反应物料比为0.6:1，反应温度为4h，反应温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，但从反映效果来 看，当反应温度为20℃、30℃、40℃时，谷氨酸钠和环氧树脂基本无反应，故测试反应温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃时改性产 物的接触角和表面能。
    由图2可知，当反应温度从50℃上升到80℃时，树脂对水的接触角减小，对二碘甲烷的接触角增大，改性树脂的亲水性增强，在80℃下反应比在 50℃下反应接入到环氧树脂分子中的亲水基团多，过低的温度不利于反应的进行。当反应温度从70℃上升到100℃时，树脂对水的接触角增大，对二碘甲烷的 接触角变小，改性树脂的亲油性增强。主要原因是随着温度的升高，副反应程度在加深，羧基与环氧基的反应产物越来越多，生成的环氧树脂酯会对涂膜性能产生不 同程度的影响。环氧树脂酯不稳定，在酸性、碱性条件下或长时间暴露在空气中，都会导致酯键的水解，故最适反应温度选择80℃比较合理。
            
    2.3反应时间对改性环氧树脂的影响
    反应时间影响到谷氨酸钠加成到环氧树脂上的数量程度，因而关系到改性环氧树脂的性能与漆膜质量。如反应时间过短，酯化不完全，则改性环氧树脂的水 溶性不够；如反应时间过长，则有可能反应完全后有较长时间反应未加深。本组实验反应物料比为0.6:1，反应温度为80℃，分别采用2hr、3hr、 4hr、5hr、6hr、7hr六组不同的反应时间来测试改性环氧树脂的接触角和表面能，数据如下：
    由表2可知，当反应时间从2hr延长到4hr时，改性环氧树脂对水的接触角逐渐减小，而对二碘甲烷的接触角慢慢增大，说明随着反应时间的延长，改 性产物的产量在不断增加。而当反应时间从4hr延长到7hr时，改性产物的各项性能指标都没有发生明显变化，说明反应到4hr后反应已基本完成，即使延长 时间也对反应程度没有太大影响，因此将最适反应时间定为4小时较为经济。
             
    3·结论
    1）最适反应物料比谷氨酸钠：环氧树脂（摩尔比）为0.6：1；
    2）最适反应温度为80℃；
    3）最适反应时间为4hr。
参考文献
[1]王德中.环氧树脂生产与应用[M].北京：化学工业出版社，2001：4-7.
[2]李桂林.环氧树脂的结构与性能(I)[J].热固性树脂，1999，2：28-31.
[3]游长江，等.国外水性环氧树脂和水性聚氨酯涂料的研究进展.化学建材，1998(3)：19-21.
[4]郭小峰.防腐蚀涂料的前景[J].中国涂料，1991(2)：3-5.
[5]Padget J C.J Coat Technol，1994，66(839)：80-105.
[6]Raudenbusch W.ACS Symp Ser 114，1978：57-69.[7]Mark D,Soucek Etal.
[J].Journal of CoatingTechnology，2001，73(921)：117-125.
[8]张肇英，等.环氧树脂水性化改性及其固化[J].高分子通报(3)：77-81.
[9]Robinson P V.J Coat Technol，1981，53(674)：23-30.